Quitinasa
La quitina y la quitinasa se encuentran ampliamente en la naturaleza. La quitina, también conocida como quitina, es un polímero lineal con β-1,4-N-acetilglucosamina como unidad básica, y su contenido ocupa el segundo lugar en polímeros naturales. La quitina también es un componente importante de la mayoría de las paredes celulares de los hongos y también se encuentra en la capa exterior y los intestinos de los insectos. La quitinasa se ha encontrado en microorganismos, plantas y animales, y sus funciones también son diferentes.
Distribución
Ya en 1905, Benecke aisló un microorganismo que podía usar quitina como su nutriente y lo llamó Bacillus chitinovirous. Desde entonces, las personas han aislado y purificado la quitinasa de más microorganismos, plantas y animales.
Tabla 1 Distribución y características básicas de quitinasa
| Fuente | Descubrimiento año | pH Óptimo | Óptimo de temperatura (°C) | peso Molecular (kDa) | Distribución |
| Microorganismo | 1921 | 3-9 | 40-50 | 10-100 | las Bacterias, actinomicetos, hongos, levaduras. |
| Animal | 1929 | 4-8 | 40-85 | los Artrópodos, los nematodos parásitos, anfibios, aves, mamíferos. | |
| Planta | 1911 | 3-10 | Buena estabilidad térmica | 12-55 | Más de 100 plantas. |
Clasificación
Generalmente hay tres métodos para clasificar la quitinasa. En primer lugar, el sistema de clasificación determinado por el Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica. Dado que la quitinasa y la celulosa tienen muchas similitudes y ambas pertenecen a la misma glicosilación hidrolasa, la quitinasa se denomina EC 3.2.1.14 por un sistema de clasificación enzimática internacionalmente aceptado. La desventaja de este método de clasificación es que no refleja la relación evolutiva dentro de la quitinasa. En segundo lugar, la quitinasa y la N-acetilhexosaminidasa se clasifican en tres familias de acuerdo con la secuencia de aminoácidos de la enzima, a saber, la familia 18, 19 y 20. La familia 18 y 19 se compone de quitinasa intracelular de diversas fuentes, como virus, bacterias, hongos, insectos y plantas. La familia 19 está compuesta principalmente de quitinasa vegetal. La quitinasa de la familia 20 es relativamente pequeña. En tercer lugar, dado que las plantas producen una gran cantidad de quitinasa, la quitinasa vegetal se clasifica en seis tipos de acuerdo con su secuencia génica, a saber, tipo I-VI. La descripción de la enzima mediante este método de clasificación incluye principalmente los siguientes aspectos: Secuencia N-terminal, localización enzimática, punto isoeléctrico, péptido de señal e inductor.
Funciones biológicas
La quitinasa tiene un papel diferente en microorganismos, animales y plantas. En hongos, protozoos e invertebrados, la quitinasa juega un papel en su crecimiento y morfogénesis. En algunas bacterias, la quitinasa puede descomponer la quitina insoluble y usarla como nutriente, por lo que utiliza la quitina como fuente de carbono y fuente de energía. En la levadura (Saocharomyces), aunque la quitina solo constituye el 1% de su pared celular, hay una gran cantidad de deposición de quitina en el separador entre las dos generaciones de células, lo que indica que la quitinasa es necesaria en el proceso de proliferación y aislamiento de las células de levadura. En lo que respecta a la investigación actual, la quitinasa es una proteína de defensa en plantas superiores y vertebrados. La quitinasa tiene un efecto degradante en ciertos factores de nodulación. Se especula que la quitinasa equilibra las plantas y el rizobio al controlar el nivel de los factores de nodulación, participando así en la fijación simbiótica de nitrógeno.
Características
La quitinasa es inducible. Muchos estudios han demostrado que la quitinasa en vertebrados y plantas es inducible. Después de que las plantas superiores son inducidas por patógenos y sus elicitores,etileno, ácido salicílico, luz ultravioleta, metales pesados, daños mecánicos, etc., la actividad de la quitinasa aumenta rápidamente, y las plantas están protegidas hasta cierto punto. Ciertas quitinasas microbianas y animales pueden formar quitinasa con un peso molecular más bajo después de la degradación. La expresión de la quitinasa también es de serie temporal y específica del tejido. Aunque la producción de quitinasa vegetal está relacionada con la resistencia de las plantas, la presencia de quitinasa también se ha encontrado en ciertas etapas de desarrollo y tejidos especiales de muchas plantas. En las plantas, casi no se detecta quitinasa en la parte superior, pero es abundante en las hojas y raíces viejas de la base. Por lo tanto, la quitinasa es un mecanismo protector desarrollado para adaptarse al entorno externo desfavorable durante algunas etapas de desarrollo de las plantas para garantizar la finalización sin problemas del proceso de desarrollo. La quitinasa producida por los nematodos parásitos es específica y depende del tiempo, y desempeña un papel importante en su desarrollo y transmisión.
Aplicaciones
- Aplicación de quitinasa en el control de hongos fitopatógenos
El componente principal de la pared celular de muchos hongos fitopatógenos es la quitina. Las pruebas bacteriostáticas in vitro han demostrado que la quitinasa puede inhibir la germinación de esporas y el crecimiento micelial de algunos hongos patógenos. Cuando las plantas son infectadas por patógenos, producen una serie de respuestas de defensa activas, incluida una mayor actividad de la quitinasa. Por lo tanto, la quitinasa ha sido considerada durante mucho tiempo como una sustancia potencial contra las enfermedades fúngicas de las plantas. Desde la década de 1980, los científicos han transferido genes de quitinasa a plantas como el tabaco, el tomate, la soja, la patata, la lechuga, la uva y la remolacha azucarera, y han obtenido plantas transgénicas que expresan actividad de quitinasa. En comparación con las plantas no transgénicas, las plantas transgénicas no solo son resistentes a los hongos, sino también a los nematodos, insectos y otros organismos patógenos.
- Aplicación de quitinasa en el control biológico
Debido a que los parásitos Brugia malayi y Wuchereria bancrofti tienen quitinasa involucrada en el proceso de reproducción y transmisión, la quitinasa se puede usar como vacuna candidata para controlar estos dos nematodos parásitos. En 1992, Furhman et al. reportaron que el anticuerpo monoclonal MF1 puede degradar los componentes periféricos de microfilarias parasitarias en jerbos, y este anticuerpo tiene una alta homología con varias quitinasas bacterianas y de levadura. Algunas bacterias de biocontrol, como Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus, etc., uno de los mecanismos de biocontrol es la producción de enzimas degradadoras de la pared celular, como la quitinasa y la glucanasa. Además, los estudios han encontrado que la quitinasa puede matar o prevenir plagas y mosquitos en ciertas etapas de desarrollo, por lo que se prevé que la quitinasa se pueda usar para controlar el número de mosquitos y estas plagas sin usar una gran cantidad de pesticidas.
- Aplicación de productos de degradación de quitinasa
oligosacárido amino, el producto producido por hidrólisis de quitina, desempeña un papel muy importante en la regulación del metabolismo vital de plantas y animales. La N-acetilglucosamina en sí misma se puede usar como un medicamento antiinflamatorio y tiene efectos terapéuticos en las úlceras del intestino grueso y los trastornos de úlceras gastrointestinales. Además, los oligosacáridos amino se pueden usar como inductor inmune para inducir a las plantas a producir una respuesta de defensa. En los animales, los amino oligosacáridos también tienen actividades fisiológicas, como mejorar la inmunidad e inhibir el crecimiento de células tumorales.
